生物材料的应用现状及发展前景
——学院：理学院
——学号：111103128
——姓名：周玉娟
上课老师：夏兵
字数统计：5286字摘要:由于生物医学材料是无毒副作用、生物相容性良好、耐腐蚀性能优越的医用材料,越来越受到广大科技研究工作者的重视。近20年,国内外特别是一些发达国家对生物材料的研究和开发得到飞速的发展。本文详细阐述了生物医学材料的分类及发展前景。
关键词:生物材料、生物医学材料、羰基生物材料、应用现状、发展前景
生物材料也称为生物医学材料,是指以医疗为目的,用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料。自19世纪80年代以来,以医疗、保健、增进生活质量、造福人类为目的的生物材料取得了快速的发展。它最早的使用可以追溯至19世纪末,在1886年,首例钢片和镀镍钢治疗骨折应用于临床获得成功。迄今为止,除大脑以外的各种人工器官已经应用于人体,并取得了良好的效果。
目前,生物材料主要包括医用高分子材料、生物陶瓷、医用金属材料等。
材料科学与物理学、化学、生物学及临床科学越来越紧密地结合，并突破旧有科学的狭小范围，诞生了另一个新兴的产业--生物医学材料产业。生物医学材料已经成为生物医学工程的4大支柱产业之一，它为医学、药物学及生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础。作为材料学的一个重要分支，它对于促进人类文明的发展必将作出更大的贡献。生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。
一般而言，临床医学对生物医学材料有以下基本的要求：无毒性，不致癌，不致畸，不引起人体细胞的突变和组织细胞的反应；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；具有与天然组织相适应的物理
机械特性；针对不同的使用目的具有特定的功能。
根据物质属性，生物医学材料大致可以分为以下几种。
1、生物医学金属材料（biomedical metallic materials）
医用金属材料是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植入材料，主要有钻合金（co-cr-ni）、钛合金（ti-6a1-4v）和不锈钢的人工关节和人工骨。镍钛形状记忆合金具有形状记忆的智能特性，能够用于矫形外科、心血管外科。
2、生物医学高分子材料（biomedical polymer）
生物医学高分子材料有天然的和合成的两种，发展得最快的是合成高分子医用材料。通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。其中软性材料常用来作为人体软组织如血管、食道和指关节等的代用品；合成的硬材料可以用来作人工硬脑膜、笼架球形的人工心脏瓣膜的球形阀等；液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用来作注入式组织修补材料。
3、生物医学无机非金属材料或生物陶瓷（biomedical ceramics）
生物陶瓷这类医用材料化学性质稳定，具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括两类。（1）惰性生物陶瓷（如氧化铝、医用碳素材料等）。这类材料具有较高的强度，耐磨性能良好，分子中的键力较强。（2）生物活性陶瓷（如羟基磷灰石和生物活性玻璃等），这类材料具有能在生理环境中逐步降解和吸收，或与生物机体形成稳定的化学键结合的特性，因而具有极为广阔的发展前景。
4、生物医学复合材料（biomedical composites）
生物医学复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料，主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。其中钻合金和聚乙烯组织的假体常用作关节材料；碳-钛合成材料是临床应用良好的人工股骨头；高分子材料与生物高分子（如酶、抗源、抗体和激素等）结合可以作为生物传感器。
5、生物医学衍生材料（biomedical derived materials）
生物衍生材料是经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医学材料，经过处理的生物衍生材料是无生物活力的材料，但是由于具有类似天然组织的构型和功能，在人体组织的修复和替换中具有重要作用，主要用作皮肤掩膜、血液透析膜、人工心脏瓣膜等。
目前,按材料性质不同,生物材料一般可分为医用高分子材料、生
物陶瓷材料、医用金属材料、生物降解材料、生物医学复合材料等。
1.1 医用高分子材料
医用高分子材料是生物医用材料研究领域最活跃的领域之一,特别是20世纪60年代以来发展更快,已经能合成出许多具有优良性能的软、硬材料及药物控释材料应用到各个医学领域。医用高分子易于加工成型,原材料易得,理化性质可以在很宽的范围内被调节和控制,加之生物体的大部分组织和器官实质都是由高分子化合物构成,故一经出现就得到重视和应用。医用高分子材料要应用于生物体必须同时要满足生物功能性、生物相容性、化学稳定性、可加工性等严格的要求。当前研究主要集中在外科置入件用高分子材料和生物降解及药物控制释放材料。
1.2 生物陶瓷材料
生物陶瓷又称生物医用非金属材料,从广义上讲包括主要构成成分为无机非金属材料及其制品。与高分子材料和金属材料相比,生物陶瓷在人体内极其稳定,压缩强度高,对生物组织有良好的相容性与亲和性,且耐腐蚀,无毒副作用,几乎看不到与生物组织的排斥反应,因而受到人们的普遍关注,是近年来研究较多且进展较快的领域。当前的研究主要集中在具有特异性功能的活性材料,良好的力学性能且促进组织生长的功能材料,具有生物体组织结构的复合材料,以磷酸盐为基体材料的生物活性陶瓷是目前生物陶瓷研究中最活跃的领域。1.3 医用金属材料
医用金属材料具有高的机械强度和抗疲劳性能,是临床应用最广泛的承力植入材料。己经应用于临床的医用金属材料主要是不锈钢、钴基合金和钛基合金等三大类。此外,还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、锆、铌等。主要用于骨和牙等硬组织的修复和替换,心血管和软组织修复以及人工器官的制造,如人工髋关节、骨折内固定钢板以及骨螺钉等。最先广泛用于临床治疗的金属是金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)等贵重金属[8],它们具有良好的稳定性和加工性能。之后,铜(Cu)、铅(Pb)、镁(Mg)、铁(Fe)和钢等曾用于临床试验,但因耐腐蚀性、生物相容性较差以及力学性能欠佳未受到广泛应用。随着冶金技术的进步,不锈钢逐渐应用于临床,虽然抗腐蚀性并不十分理想,但其易加工,价格低廉,故在临床应用中得到了一席之地。目前应用最多的医用金属是不锈钢、钛及钛合金以及钴铬钼合金。
1.4 生物降解材料
所谓可降解材料是指那些在被植入人体内以后,能够不断的发生分解,分解产物能够被生物体所吸收或排出体外的一类材料,现已成为医用高分子发展的重要方向之一。临床中主
